Młoda Anna Sasaki cierpi na częste ataki astmy, co sprawia, że jest cicha, nieśmiała i odizolowana od rówieśników, co wywołuje nieustanne obawy jej rodzica adopcyjnego. Zalecenie lekarza prowadzi do wysłania Anny na wieś w nadziei, że czystsze powietrze i bardziej relaksujący styl życia poprawią jej zdrowie i pomogą oczyścić jej umysł. Angażując się w swoją pasję do szkicowania, Anna spędza letnie dni, mieszkając ze swoją ciotką i wujkiem w małym miasteczku nad morzem. Pewnego dnia, podczas spaceru na zewnątrz, Anna odkrywa opuszczony dwór znany jako Dom Marsh. Jednak szybko okazuje się, że rezydencja nie jest tak pusta, jak się wydaje, gdy spotyka tajemniczą dziewczynę o imieniu Marnie. Żywiołowy charakter Marnie powoli zaczyna wyciągać Annę z jej skorupy, gdy ta wraca noc po nocy, aby spotkać się ze swoją nową przyjaciółką. Ale wydaje się, że za dziwną dziewczyną kryje się więcej niż się wydaje – gdy czas pobytu Anny w miasteczku dobiega końca, zaczyna odkrywać prawdę za ścianami Domu Marsh. Omoide no Marnie opowiada poruszającą historię młodej dziewczyny, która przechodzi przez samopoznanie i przyjaźń, oraz latem, które będzie pamiętać przez resztę swojego życia.